[发明专利]一种具备直流潮流与短路控制的复合装置及其控制方法

说明书

一种直流电网用的具备直流潮流控制与直流短路控制的复合装置及其控制方法，复合控制装置包括：潮流控制装置，其包括一对耦合电感、四个开关管、四个二极管和两个电容；短路控制装置，其包括两个高压快速机械开关、三个避雷器和三个开关管。所述第一电容作为第一可调电压源串联在第一条输电线路中，第二电容作为第二可调电压源串联在第二条输电线路中，用于潮流控制；快速机械开关分别串联在两条线路的出线端；三个避雷器分别和三个开关管并联，用于控制短路电流。正常情况下，潮流控制装置投入工作，控制线路潮流；一旦发生短路，潮流部分闭锁，短路电流控制装置投入工作。本发明不仅可以实现灵活的潮流调节，还可以实现及时的短路电流控制。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，主要应用于多端直流输电场合，特别是涉及一种具备直流潮流与短路控制的复合装置及其控制方法 。

背景技术

随着传统能源的不断消耗和环境问题的日益加剧，清洁可持续能源的发展和应用逐渐引起了广泛的关注。传统的电网消纳能力有限，加之新能源发电的间歇性和不确定性，以至于新能源发电效率不高。为此，我们需要一种新的电力设备、电网结构和运行技术来适应大规模可再生能源接入电网。在此需求下，多端直流输电和直流电网技术变应运而生。

高压柔性直流输电技术因此经济性好、传送距离远、稳定性高等优点成为解决分布式电源并网和构建新型电网的研究热点。多端直流输电和直流电网技术迅速发展，用于满足多电源供电和多落点受电的需求。然后，对于一个确定拓扑的直流系统，N个独立的换流站可以对N-1条支路进行有效的潮流控制；而对系统中超出N-1条线路上的潮流无法控制，因此需要引入潮流控制器来实现潮流的调节。由于直流电网不存在交流系统中的无功、电抗和相角，只需要改变电压和电阻值便能实现潮流调节，所以已有的潮流控制器主要分为电阻型和电压型两类。电阻型控制器方案和结构比较简单，但潮流只能实现单向调节，且通态损耗较大；电压型控制器一般分为三类，直流变压器、串联可调电压源和线间潮流控制器。在线路中串入直流变压器可以实现线路电压的改变进行潮流调节，但是其需要承受系统级的高压和大功率，增加了成本和系统的复杂性；在系统串入可调电压源，不需要承受高电压，但是其需要外部电源与之交互。为了略去串联可调电压源方案中额外的电源，研究人员提出了线间潮流控制器。通过设计合理的方案，使得潮流在不同线路之间实现传递，从何实现调节。

另外，直流电网的线路阻抗很小，较小的电压变化会引起很大，因此发展直流电网快速限流和短路切断装置是直流电网的重要环节。目前已有的短路限流装置主要应用于交流电网，大部分利用交流电流的自然过零点进行分断。但是，由于直流电网发生短路时，不存在自然过零点，所以分断难度很大，很难满足安全性和可靠性的要求。目前已有的研究主要是基于电力电子技术的混合型直流断路器和通过在电网中串入限流电路来限制故障电流峰值和电流上升率等。

然而，目前基于直流潮流控制和短路控制的装置研究和运行都相对独立，很少涉及短路和潮流复合控制，因此存在成本相对较高、体积较大以及不便统一控制等缺点。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明针对多端直流输电系统中的潮流控制和短路控制问题，提出一种直流电网用的具备直流潮流控制与直流短路控制的复合装置及其控制方法，为达此目的，本发明提供一种具备直流潮流与短路控制的复合装置，包括潮流控制装置和短路控制装置，所述潮流控制装置和短路控制装置有一个直流输电端口及两条与所述直流输电端口并联的输电线路，其特征在于：所述潮流控制装置包括耦合电感L1和L2、电容C1和C2、四个开关管Q1~Q4、四个二极管Db1~Db4；所述短路控制装置，包括两个高压快速机械开关UFD1和UFD2、三个避雷器SA1~SA3和三个开关管MB1~MB3；